CN101868294A

CN101868294A - 双腔室的混合泵

Info

Publication number: CN101868294A
Application number: CN200880107318A
Authority: CN
Inventors: T·P·霍根
Original assignee: Fluid Management Operations LLC
Current assignee: Fluid Management Operations LLC
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2010-10-20
Also published as: US7946832B2; ATE521401T1; EP2170493A1; CA2695067A1; WO2009015915A1; AU2008282050A1; US20080310969A1; CN102794123A; BRPI0814990A2; EP2170493B1; MX2010001283A

Abstract

公开了一种双腔室的混合泵设计，其允许将两种不同的流体源组合成一种混合的产品流体。该泵被分成两个腔室，近端腔室和远端腔室。这些腔室部分由具有近端和远端以及近端凹陷段和远端凹陷段的活塞限定而成。该泵使用一个共同的驱动机构以使活塞轴向旋转且沿侧向往复运动以连续地泵送流体，同时减少脉动。各种流体进入其自己的泵入口和出口。为实现混合，出口连接到一起。各腔室在一个行程下的流体积由整个活塞组件的侧向行程和活塞的近端和远端的环形区域决定。一个行程下的流体积可以通过变化各个腔室的活塞和轴直径来改变。这允许以任何需要的比例或比值混合两种流体。这两个腔室的交替脉冲提供了一种流，其具有小段的来自各入口的交替流体。这种分段的流可以通过正常的下游流动路径的流动特性得到更彻底地混合，从而提供更有效的混合。

Description

双腔室的混合泵

技术领域

公开了改进的用于混合的章动泵，其具有用于同时泵送和可选地混合两种流体的双腔室。这两个腔室以180度相差进行泵送。不同的流体可以在各腔室中被独立泵送。被泵送的各种流体的比例正比于泵送该流体的活塞端的环形区域。所需要的多种流体之间的比例或比值可以通过改变活塞端的表面积来实现。

背景技术

章动泵是具有这样一种活塞的泵，该活塞既围绕其轴向衬套(liner)旋转，同时又沿轴向在管路(line)或壳体内往复滑动。活塞的360度旋转和轴向往复运动的组合产生了如图1A所示的正弦分配轮廓。在图1A中，该正弦轮廓以图表的方式示出。线1以图表的方式说明了在活塞转动一圈的过程中不同点上的流速。曲线1的位于表示零流速的水平线2上方的部分表示输出，曲线1的位于线2下方的部分表示输入或“填充”。泵输出和泵输入流速均达到最大和最小水平，因此在活塞旋转和泵输出或泵输入之间不存在线性相关。

在第6,398,513和6,540,486号美国专利(Amsler’513和Amsler’486)中公开的着色剂分配器采用了章动泵和用于控制该泵的计算机控制系统。在由Amsler等人公开的这种系统之前，已有的章动泵通过使活塞旋转全360度和相应的活塞轴向移动来工作。这种活塞操作使得活塞每旋转一圈则章动泵泵送特定数量的流体。因此，任何给定章动泵所泵送的流体数量均局限为该特定体积的倍数。如果需要更小体积的流体，则使用更小尺寸的章动泵或对该泵进行人工校准调节。

例如，在混合颜料的技术领域，颜料着色剂的分配量可以小至256分之一流体盎司。因此，已有的用于颜料着色剂的章动泵会非常小。在这种小的分配能力下，这种小型泵的马达将不得不以过大的速度运行以便在恰当时间内分配更大体积的着色剂(多次全转)。

相比之下，可以使用较大的泵来使马达速度最小化。当需要小的分配量时，对于这种具有较大能力的章动泵来说，进行部分旋转分配将是有利的。然而，如图1A所示的关于旋转角的章动泵分配轮廓的非线性输出，使用部分旋转难以精确分配流体。

为解决这个问题，Amsler’513和’486的公开文本将泵活塞的单圈运动分成多个步骤，其可以是几个步骤至四百或更多个步骤。控制器和算法与传感器一同使用来监视活塞的角位置，并且利用这种位置来计算要得到需要的输出所需要的步骤数。在Amsler’513和’486中还公开了各种其它的改进和操作方法。

图1A所示的正弦轮廓是基于在恒定马达速度下工作的泵的。虽然在恒定马达速度下操作泵具有简化控制器设计和泵操作方面的好处，但是采用恒定的马达速度也具有内在缺陷，其中一些缺陷在第6,749,402号美国专利(Hogan等人)中得到了解决。

具体地，在某些应用中，在图1A左侧示出的最大输出流速会是不利的，因为当输出流以较高流速被泵送入输出容器时，输出流会发生喷溅或飞溅。例如，在颜料或化妆品分配应用中，着色剂在被泵入输出容器时发生的任何喷溅都导致在容器中沉积数量不精确的着色剂，而且着色剂被喷溅在着色剂机上，这需要劳动密集的清理和维护。显然，这种喷溅问题将对其中要将数量精确的输出流体输送到充满或部分充满有液体的输出容器或小型输出接收容器的任何章动泵应用产生不利的影响。

例如，具有图1A的轮廓的传统章动泵的操作产生如图1B和1C所示的脉冲输出流。在图1B和1C左侧示出的速度分别为800和600rpm的脉冲流产生脉动3和4，而这些脉动是发生不希望的喷溅的原因。图1B和1C是操作中的实际章动泵的实际数字照片的绘图。虽然将马达速度从800rpm降至600rpm产生更小的脉冲4，但是脉冲尺寸的减少极其微小，并且这种好处被更慢的操作所抵消。为完全避免喷溅，马达速度将不得不减小20％以上，因此使得章动泵的选择具有更少的吸引力，尽管它具有高的精度。关于图1A所示的脉冲流的另一缺点是伴随存在的压力峰，其导致马达扭矩增加。

除了图1A的喷溅问题，当活塞从其中分配速率最大的点旋转至其中分配速率最小的点(即从图1A左侧示出的曲线的峰点旋转至朝向图1A的右侧示出的曲线的谷点)时在泵中出现的大压降会导致在其中马达以恒定速度工作的那些系统中出现马达停转。结果，马达停转将导致不一致或不稳定的马达速度，通过影响图1A中示出的正弦分配速率轮廓必然将影响任何基于预编程的正弦分配轮廓的控制系统或控制方法。这种停转问题将出现在图1A的输入侧，并且泵从最大的输入流速率变成最大的分配流速率。

由Hogan等人解决的喷溅和停转问题在图2中部分示出，图2示出了一种经修改的分配轮廓1a，其中马达速度在泵循环过程中发生变化以使图1A的曲线1变平坦。马达速度上的变化导致峰值输出流速度降低，同时通过以下方式维持合适的平均流速，即：(i)在循环的分配部分开始和结束时增大流速；(ii)降低峰值分配流速；(iii)增加循环的分配部分的持续时间；以及(iv)减少循环的输入或填充部分的持续时间。这是利用在循环期间控制马达速度从而根据需要增加或降低马达速度以获得如图2所示那样的分配曲线的计算机算法来完成的。

然而，如图2所示的Hogan等人的章动泵虽然减少了喷溅，但仍然产生开始/停止分配轮廓，因此分配的不是无脉冲或完全平滑的流。尽管峰值分配速率下降了，但是在图2左侧示出的分配速率的急剧增长和在图2中心示出的流速的急剧下降仍然使得存在发生一些喷溅的可能。另外，循环填充部分期间分配的急剧启动和停止(其后存在相当长的滞后时间)仍然存在在离开分配喷嘴的流体流上出现明显压力峰和凸起和间隙的问题。在1a、1c上示出的曲线部分的斜率的任何减少都将要求增加循环时间，最大填充速率的任何减少也将这样。因此，可对图2所示循环作出的用于减少循环分配部分的开始和结束的突然性的唯一修改将导致循环时间增大，并且用于减少压力峰和马达停转问题的最大填充速率上的任何降低也都将导致循环时间增加。

因此，需要一种具有改进的控制的、还适于混合且具有两个泵室的改进的章动泵以及/或者其控制方法，从而控制泵的马达以在不损失泵速和精度的情况下减少分配期间发生喷溅和“脉冲”的可能性。

发明内容

在食品、石油化工或其它工业中，形成流体混合物需要一些按照特定比例将多种流体混合到一起的装置。无论是以批处理的方式还是在连续过程中实施，都会存在对比例精度、混合质量、以及随意启动和停止该过程的能力的要求以便只提供需要的混合物数量。此外，还会存在其它一些应用场合，其中两种流必须成正比以分别使用、稍后混合、或者在流动路径中进一步混合。

为满足上述需求，公开了一种双腔室混合泵，其在章动泵内包括两个泵室以在主要输出中混合两种流体。来自所公开的实施例的附加泵室的输出和第一泵室的输出发生在活塞循环的不同部分，从而将所混合的输出分布于整个活塞或泵循环上，而不是分布在循环的一半或一部分上。

在一个方面，双腔室混合泵包括置于泵壳内的旋转和往复运动活塞。壳体包括近端入口、远端入口、近端出口和远端出口。壳体还包括近端密封件和中间密封件。活塞包括近端段和远端，并且在近端段和远端之间设有泵段。近端段与马达联接，并且在近端连接泵段。近端段具有第一最大外径，泵段具有比第一最大外径大的第二最大外径。泵段还包括近端处的近端凹陷段和远端处的远端凹陷段。泵段在近端凹陷段和远端凹陷段之间延伸，并且以摩擦的方式至少部分接收于壳体的中间密封件中。

在相关改进中，两泵室由壳体和活塞限定而成。近端腔室由泵段的近端凹陷段和近端以及壳体限定而成。远端腔室由泵段的远端凹陷段和远端以及壳体限定而成。这两个腔室在轴向方向上通过中间密封件和活塞的泵段彼此分隔开。

在另一种改进中，近端凹陷段和远端凹陷段彼此对齐。在相关改进中，近端入口和远端出口被设置成对齐。在又一相关改进中，近端出口和远端入口被设置成对齐。

在另一种改进中，近端凹陷段和远端凹陷段被设置成沿活塞的泵段的直径彼此相对。

在另一种改进中，泵包括以可操作的方式与马达相连的控制器。控制器产生多个输出信号，其中包括至少一个用于改变马达速度的信号。

在另一种改进中，近端段的直径被改变以调节近端的环形区域。改变的环形区域因此改变近端腔室的比例输出。

在另一种改进中，通道连接于近端出口和通向用于混合两种流体的混合腔室的远端出口之间。

在另一方面，所公开的双腔室混合泵包括置于泵壳内的旋转和往复运动活塞。泵壳包括近端入口、远端入口、近端出口和远端出口。各对入口和出口均与壳体内部流体连通。壳体还包括近端密封件和中间密封件。活塞包括近端段和远端，并且在近端段和远端之间设有泵段。近端段在近端连接泵段。近端段联接马达，并且具有第一最大外径。泵段具有比第一最大外径大的第二最大外径。泵段还包括近端处的近端凹陷段和远端处的远端凹陷段。泵段在近端凹陷段和远端凹陷段之间延伸。

在相关改进中，位于泵段的近端凹陷段和远端凹陷段之间的至少一部分以摩擦的方式至少部分接收于中间密封件中。另外，包括近端凹陷段的泵段的至少一部分以摩擦的方式接收于近端密封件中。活塞的近端段穿过近端密封件。壳体和活塞限定两个泵室。近端腔室由泵段的近端凹陷段和近端、近端密封件和壳体限定而成。远端腔室由泵段的远端凹陷段和远端以及壳体限定而成。近端腔室和远端腔室在轴向方向上通过中间密封件和活塞的泵段的位于近端凹陷段和远端凹陷段之间的那部分彼此分隔开。

在另一种改进中，近端凹陷段和远端凹陷段彼此对齐。

在另一种改进中，泵还包括以可操作的方式与马达相连的控制器。控制器产生多个输出信号，其中包括至少一个用于改变马达速度的信号。

在另一种改进中，近端段和远端段的直径被改变以调节近端和远端的环形区域。改变的环形区域接着改变各相应腔室的比例输出。

在另一方面，提供了一种混合流体的方法，其包括：提供上述双腔室混合泵，通过旋转并且沿轴向移动活塞以使泵段的近端移向且移入近端腔室并且远端离开远端腔室来将第一流体从近端腔室泵送至近端出口并且将第二流体装入远端腔室，以及通过旋转并且沿轴向移动活塞以使泵段的远端移向且移入远端腔室并且近端离开近端腔室来将第二流体从远端腔室泵送至远端出口并且将第一流体装入近端腔室。

在一种改进中，多个双腔室混合泵在彼此不同的相位下使用。

在结合附图阅读下列具体实施方式时，其它优点和特征将变得显而易见。

附图说明

所公开的实施例或多或少地以图表的方式在附图中示出，其中：

图1A以图表的方式示出了在固定马达速度下工作的现有技术的章动泵的现有技术的分配/填充轮廓；

图1B是说明在图1A中以图表的方式描绘了其操作的泵的脉冲分配流的图像的绘图；

图1C是在恒定但较低的马达速度下工作的现有技术的泵的输出流的图像的另一绘图；

图1D是现有技术的章动泵活塞的透视图；

图2以图表的方式示出了用于减少脉冲的在变化速度下工作的现有技术的章动泵的分配和填充循环；

图3A是所公开的章动泵的剖面图，其示出了处于行程“底部”的活塞，其中在活塞的较小的近端段与位于“第二”腔室内的活塞的较大的泵送段之间存在阶梯过渡，并且活塞的远端与壳体或端盖分开以便清楚地示出“第一”泵室；

图3B是图3A所示泵的另一剖面图，但是已将活塞旋转和前移至上行程中央，并且清楚地示出了离开第一腔室并且流过第二腔室的流体；

图3C是在图3A和3B中示出的泵的另一剖面图，但是已将活塞旋转和移向位于活塞行程顶部的头部或端盖，其中活塞的狭窄的近端部(即连接耦联件的窄部)位于第二腔室内，活塞的较宽的泵段位于将第二和第一泵室分开的中间密封件内；

图3D是在图3A-3C中示出的泵的另一剖面图，其中随着活塞被移至其下行程中央，活塞再次被转动并且移离壳体端盖，并且示出了进入第一腔室和离开第二腔室的流体；

图4A是来自在固定的600rpm的马达速度下工作的如图3A-3D所示的章动泵的分配流的实际图像的绘图；

图4B是来自如图3A-3D所示的泵的输出流的数字图像的另一绘图，但是该泵工作在固定的800rpm的马达速度下并且还采用了固定的脉冲减少分配方案；

图5A以图表的方式示出了如同图4B所示那样的在固定的800rpm的马达速度下工作的所公开的泵的分配轮廓；

图5B以图表的方式示出了所公开的泵的分配轮廓，其中所述泵具有800rpm的平均马达速度且具有变化的马达速度以提供两种经修改的分配轮廓，其中一种轮廓与循环的填充部分同时出现；

图5C以图表的方式示出了所公开的泵的分配轮廓，其中所述泵工作在900rpm的平均马达速度下，并且马达速度发生变化以修改这两种分配轮廓，其中一种轮廓与循环的填充部分同时出现；

图6A-6D是根据本发明制造的章动泵活塞的透视图、侧视图、平面图和端视图；

图7A-7B是根据本发明制造的章动泵壳体或外壳的透视图和平面图；

图8A是示出根据本发明制造的另一章动泵的剖面图，其示出了处于下行程中央的活塞；

图8B是图8A所示泵的另一剖面图，其示出了处于下行程底部的活塞；

图9A是一种双腔室的混合和章动泵的剖面图，其在活塞两端具有两平坦或凹陷段从而提供两个泵送腔室，这两个腔室均具有正输出，因而每个泵室均需要单独入口；

图9B是图9A所示活塞的透视图；

图9C是另一种双腔室的混合和章动泵的剖面图，该泵具有在远端上未设有远端段的活塞；

图10A是根据本发明制造的又一种双腔室混合泵的剖面图，其中活塞的平坦或凹陷段被设置成彼此对齐，从而使得必须具有以下设计，即入口被设在壳体的彼此相对的侧面上，出口也被设在壳体的彼此相对的侧面上；

图10B是图10A所示活塞的透视图；

图10C是另一种双腔室的混合和章动泵的剖面图，该泵具有在远端上未设有远端段的活塞；

图11A是图9A-9B所示活塞的横截面图；以及

图11B是图10A-100B所示活塞的横截面图。

将注意到：这些附图不必是成比例的，并且所公开的实施例有时用图像符号、假想线、图表和片段视图示出。在某些情况下可以省略非理解公开实施例所必需或使其它细节难以察觉到的细节。当然应当理解：该公开文本并不限于在此公开的特定实施例。

具体实施方式

首先参见图1D，示出了一种现有技术的活塞10，其具有与马达联接或耦联的窄部11。只有设在泵室内的那段为宽段12。宽段12包括为有效泵送区的平坦部13。图1D的现有技术的活塞10与本公开文本的活塞之间的区别将在下面作更详细地解释。

参见图3A-3D，示出了章动泵20。泵20包括旋转和往复运动活塞10A，其被设在泵壳21内。在图3A-3B示出的实施例中，泵壳21还包括端盖或头部22。壳体或外壳21还可连接主要用于容纳耦联件24的中间壳体23，耦联件24使活塞10a与驱动轴25相连，驱动轴25接着与用26示意性示出的马达耦联。耦联件24通过链环27连接活塞10a的近端26。活塞10a的近端段28具有第一最大外径，其远小于活塞10a的较大的泵段29的第二最大外径。还参见图6A-6C以便清楚理解“近端段”和“泵段”29的含义。下面将更详细地解释泵段29具有较大的最大外径的目的。近端段28通过斜面过渡段31连接泵段29。与3A-3D相比，将注意到：在图6A-6D中示出的活塞10a’包括垂直过渡段31’，而在图3A-3D中示出的过渡段31倾斜或成斜面。任何一种可能性均可接受，因为图6中示出的空间方位不影响第二腔室的排水量，排水量由近端段28与泵段29之间的横截面积差决定。

参见图3A-3D，活塞10a的泵段29穿过中间密封件32。活塞10a的泵段29的远端33还被接收在远端密封件34中。流体入口用35示出，流体出口用36示出。活塞的近端段28穿过设在密封件壳体39内的近端密封件38。

参见图6B-6D，示出了近端段28的第一最大外径D₁和泵段29的第二最大外径D₂。形成第二腔室中的排水量的是直径D₁与D₂之差。在图3A、3B和3D中，第一泵室用42示出。在图3C中，第一腔室42被活塞10a覆盖。一般而言，第一腔室42自身并非腔室，而是一块区域，在这一区域上流体主要通过活塞10a从图3A所示位置向右沿轴向运动至图3C所示的位置、以及活塞旋转和置于第一腔室或区域42中的流体与在图3B-3D中用13a示出的加工出的平坦区域的接合被排出。加工出的平坦区域13a在图3A中不可见。总体上用43示出的导管或通道连接第一腔室42和第二腔室或区域44。

仍参见图3A，活塞10a被示出处于其行程的“底部”。过渡段或台阶31恰当地位于第二腔室44内，活塞10a的泵段29的远端33与头部22分离。流体位于第一腔室42内。第一腔室42被认为是由活塞10a的平坦或经加工的部分13a、活塞10a的泵段29的远端33和周围的容纳元件(在此例中为远端密封件34和头部22)限定而成。是在图3中用42示出的口袋处将流体收集于活塞10a和周围的结构元件之间，并且借助活塞朝向头部22或沿着在图3B中示出的箭头45的方向的运动将流体推出区域42。

虽然在图3A中活塞10a位于其行程底部，但随着活塞10a的泵段29的末端接近头部22或容纳结构元件(参见箭头45)，在图3B中，活塞10a已到达其行程中央。如图3B所示，流体被推出第一泵区或泵室42，进入通道43(参见箭头46)。该动作将通道43中的流体排出，并使其流到活塞10a的近端段28和过渡段31周围，或如图3B所示那样流过第二腔室44。还将注意到：活塞10a的平坦或经加工区域13a已被转动，因此还引起沿箭头46方向穿过通道43且流向第二腔室或区域44的流体流。

图3B示出了处于其上行程中央的活塞10a，图3C示出了处于其行程顶部或末端的活塞10a。活塞10a的泵段29的远端33现在很靠近头部或端盖22。在流出出口36之前，流体要冲出第一腔室或区域42(图3C中未示出)，并且进入通道43和第二腔室或区域44。现在开始朝向图3A所示位置的返回往复运动，并且在图3D中示出。如图3D所示，活塞10a沿箭头47方向移动，这使得过渡段31进入第二腔室或区域44，从而使得流体通过出口或沿箭头48方向被排出。此时未从第一腔室或区域42中泵出流体，而相反地，通过流体经由入口进入并沿用49标示的箭头方向流入腔室或区域42，第一腔室或区域42被加载。

简而言之，图3D中示出的是在以图3A-3C的顺序示出的运动过程中从第一腔室或区域42中分配出的流体的一部分的分配。在图3D所示的循环填充部分期间，从第一腔室或区域42中泵出的流体的一部分从第二腔室或区域44中泵出，而不是在图3D所示的循环填充部分期间立刻分配所有流体，没有或只有留滞的分配体积。换言之，与所有流体均在循环分配部分期间分配相反，正被泵送的流体中的一部分“保留”在第二腔室或区域44中，并且在循环填充部分期间被分配。因此使得流动变缓，并且避免产生脉冲。另外，产量未打折扣或减少，只是散布在整个循环上。

参见图4A-4B，来自泵的实际分配流的绘图可以根据图3A-3D来说明。在图4A中，泵工作在600rpm的固定马达速度下。如图4A所示，可以看到流(用5和6示出)只出现了微小的增长，而看不到如在图1B和1C中用3和4示出的严重脉动。将马达速度增至固定的800rpm基本不引起脉动(在图4B中用5a和6a示出)出现增长。因此，采用根据图3A-3D构造的泵，可以在脉动尺寸微弱或无增长的情况下将平均速度从600rpm增至800rpm。另外，如果实施将在下面联系图5C讨论的附加的脉冲减少控制方案，可以在保持脉动尺寸微弱或无增长的同时使速度得到更大增长。

参见图5A，示出了根据图3A-3D构造且在800rpm的恒定马达速度下工作的泵的分配轮廓。两个分配部分标记为1d和1e，轮廓的填充部分标记为1f。分配过程只在循环填充部分开始时略微存在中断，并且通过曲线1d、1e示出了变缓的分配流。图5A是图4B所示流的曲线图，图4B同样是操作中的实际泵的数字图像的绘图。

参见图5B，循环的两分配部分标记为1g、1h，循环的填充部分标记为1i。如同上面在图2中实施的方案，改变马达速度以通过降低分配循环1g、1h中间部分的速度并且在靠近各循环1g、1h的开始和结束部分时提高马达速度来使峰值输出流速率相比图5A所示值减少25％。这导致曲线在各循环开始和结束部分的斜率(标记为1j-1m)增大，标记为1n、1o的分配轮廓变平。马达速度在标记为1h的分配循环期间的这种增长和下降还导致填充循环1i的轮廓出现类似的变平和加宽。

参见图5C，示出了类似的双分配循环1p和1q，以及填充循环1r。然而，在图5C中，平均马达速度已增至900rpm，同时采纳与关于图5B所述的相同的用于减少脉冲的马达速度变化。简言之，马达速度在各分配循环1p和1q的开始和结束部分增大，马达速度在循环1p、1q的平坦部分减小。填充循环1r与分配循环1q同时发生。就活塞10a的整个动作而言，标记为1d、1e、1g、1h、1p和1q的分配循环实际上是在图3A-3D中示出的完整活塞运动的半个循环。

图7A和7B示出了示例性的壳体结构21a。在图3A-3C中标记为22的头部或端盖将固定在螺纹装配件51上。该结构可以由模制塑料或金属制成，其取决于应用场合。

参见图8A-8B，示出了替换性的泵20b。泵20b包括壳体结构21b，通道43b延伸至壳体21b外部。入口35b与出口36b近似在一条直线上，或者在壳体21b的与出口36b相同的尺寸上。通道43b直接连接出口36b。活塞10b包括经加工或平坦的区段13b，泵段29b包括远端33b。第一腔室标记为42b。近端段28b的直径比泵段29b小。活塞10b沿箭头47b方向的运动导致流体从标记为44b的第一腔室或区域中排出，并且进入通道43b。另外，活塞10b沿如图8A所示的箭头47b方向的运动还将导致流体如箭头49b所示那样流过入口35b，从而对第一腔室42b加载。流体离开第二腔室44b的运动由箭头48b指示。因此，活塞10b在图8A中的位置类似活塞10a在图3D中示出的位置。

参见图8B，活塞位于行程底部或其附近，并且活塞10b正沿箭头45b方向朝第一腔室42b移动。因此，流体沿箭头46b方向被推出第一腔室42b。同时，流体正如箭头55所示那样从通道43b装入第一腔室。

参见图9A-9B，公开了章动活塞10c，其位于双腔室的章动和混合泵20c内。活塞10c具有远端凹陷或平坦段13c1以及近端凹陷或平坦段13c2。因此，基于活塞10c的轴向旋转，活塞10c包括具有两泵送元件(近端凹陷段和远端凹陷段13c1、13c2)的泵段29c。近端段28c包括第一最大外径，泵段29c包括第二最大直径，远端段133c具有第三最大直径。第二最大直径大于第一和第三最大直径。

更具体地，活塞10c包括两种最大外径差，其包括(a)泵段29c和近端段28c的最大外径之间的差值，以及(b)泵段29c和远端段133c的最大外径之间的差值。泵段29c和近端段28c的最大外径之间的差值(a)代表了近端31c的环形区域。泵段29c和远端段133c的最大外径之间的差值(b)代表了远端33c的环形区域。利用近端和远端31c、33c的环形区域，活塞10c的侧向或往复运动还泵送位于这两腔室144c、142c中的流体。在所公开的实施例20c中，近端和远端31c、33c在所公开的这个实施例中具有垂直壁。然而，应当注意到：该垂直壁也可以是倾斜、圆形、成斜面或类似形式的。

为更有效地泵送流体，壳体还可以包括近端密封件38c、中间密封件32c和远端密封件34c。由于近端腔室144c和远端腔室142c都包括凹陷段13c1、13c2以及近端和远端31c、33c，因此它们产生了净输出。

相应地，如图9A所示，壳体21c包括两个入口：近端入口135c和远端入口35c。壳体21c还包括两个出口(近端出口136c和远端出口36c)以及连接于出口136c、36c之间的导管或通道43c。通道43c然后通向混合腔室143c，两种流体可以在那混合。当然，可以为近端腔室144c使用单独的出口。此外，将近端入口和远端入口135c、35c连至其相应腔室144c、142c的通道可以在腔室144c、142c上游连接。

参见图9B的实施例10c，远端段133c具有与近端段28c相同的最大外径，其标记为D₁。泵段29c的最大外径或第二最大直径被标记为D₂。这些直径可不同于先前示出的非混合用的活塞10的直径。这是因为双腔室混合泵20c不是如同图3A-3D的泵20那样将来自第一腔室42的流划分到一完整分配循环或活塞运动循环的两个部分上。作为替换，每个腔室144c、142c都生成与另一腔室144c、142c无关的正输出。因此，根据在用于图3A-3D中的第一泵室的含义，近端腔室和远端腔室144c、142c均为“第一”泵室。因此，比值D₁∶D₂可以变化，并且本领域技术人员将能够为其特定应用场合找到最佳值。

参见图9C，公开了与图9A的泵20c相似的另一种双腔室混合泵20c’。在很多方面与泵20c相似，双腔室混合泵20c’包括：两个混合腔室144c’、142c’；以及活塞10c’，其具有两凹陷段13c’1、13c’2。然而，活塞10c’不具有远端段133c。相应地，壳体21c’没有像图9A中那样提供用于活塞10c’的远端段133c的远端开口。作为替换，在壳体21c’上形成封闭端，其帮助在没有远端密封件34c’的情况下限定远端腔室142c’。这种改变导致这两腔室144c’、142c’之间的排水量之比发生明显变化，因为远端33c’的环形区域变大了。活塞10c’的远端33c’每转一圈所泵送的流体比仍具有近端段28c’的近端31c’多。在这种结构下，不能从这两个腔室144c’、142c’中泵送出等量的流体。

参见图10A-10B，公开了与泵20c相似的另一种双腔室混合泵20d。在泵20d中，活塞10d包括两凹陷段13d1、13d2，它们对齐地被设在泵段29d的两端。远端段133d向外伸出泵段29d的远端33d。近端段28d终止于具有垂直壁的泵段29d的近端31d。活塞10d的近端31d也具有垂直壁。与先前公开的活塞10c一样，该垂直壁也可以是倾斜、圆形、成斜面或类似形式的。

由于凹陷段13d1、13d2沿活塞10d的泵段29d对齐，因此必须将近端入口和远端入口135d、35d移至壳体21d的相对侧以将来自腔室144d、142d的输出分布在活塞10d的整个泵循环上。即，在图10A-10B示出的凹陷段13d1、13d2的空间方位下，如果以与图9A所示入口135c、35c相似的方式将入口135d、35d设在壳体21d的同一侧上，那么所有输出都将发生在活塞循环的开头半个或一部分期间，这可能会引起喷溅。通过将近端入口和远端入口135d、35d设在壳体21d的相对侧，来自一个腔室144d、142d的输出发生在该循环的一半或一部分上，来自另一腔室144d、142d的输出发生在该循环的另一半或一部分上。对于在图9A-9B中示出的泵20c，由于凹陷段13c1、13c2被设在泵段29c的直径相对部分上，因此不必将入口135c、35c换至壳体21c的相对侧。在图10A所示实施例中，通道43d连接于近端出口136d和通向混合腔室143d的远端出口36d之间。附加通道43d不是必需的，因为可从外部添加附加出口。

图10C公开了与图9C相似的双腔室混合泵20d’。流体通过活塞10d’上的两凹陷段13d’1、13d’2被泵送出两个腔室144d’、142d’，其中活塞10d’不具有远端段。泵20c’和20d’之间的唯一区别是凹陷段13d’1、13d’2的对齐以及入口35d’、135d’和出口36d’、136d’的空间方位。在很多方面与泵10c’相似，不含远端段的远端33d’的环形区域明显大于近端31d’的环形区域。相应地，远端腔室142d’每转一圈所泵送的流体比近端腔室144d’多，这是很多工业应用场合非常期望的。

虽然在图9A和9c及10A和10C中示出的实施例20没有将腔室144、142的输出的一半或相当一部分延迟用于分配循环的第二半个或第二部分，但泵20确实实现了脉冲减少功能，因为设于活塞10的泵段29两端的出口136、36在活塞运动循环的不同部分上被送至出口136、36，或实质上混合腔室143。参考图9A和9C，来自近端腔室144的输出和来自远端腔室142的输出在该循环的不同部分期间被送出。类似地，参见图10A和10C，来自近端腔室144的输出和来自远端腔室142的输出在该循环的不同部分期间被送出。因此减少了脉冲。如同图9A和9C中那样，还可以提供近端密封件38、中间密封件32和/或远端密封件34以进一步限定近端腔室和远端腔室144、142。此外，图9A、9C、10A和10C的泵20可以利用如图5B和5C中示出的算法通过修改马达速度实现进一步的脉冲减少。

参见图11A，示出了图9A-9B中的活塞10c。图11A在假想图中示出了改变近端和远端31c、33c的环形区域的示例性方法。活塞尺寸的这种变化改变了相应腔室144c、142c的比例输出。因为腔室144c、142c部分由近端和远端31c、33c限定，因此改变其环形区域将改变流体排出量。例如，通过将远端段133c的直径D_A减为D_A’，远端33c的环形区域增大，且因此在每个循环中将有更多的流体被泵送出远端腔室142c。将直径D_A增至如图所示的数值D_A”使得远端33c的环形区域减少，且因此在每个循环中将会从远端腔室142c泵送出更少的流体。类似地，取决于对近端段28c的直径D_B所作的调节，通过近端腔室144c泵送出的流体将增加或减少。

最后参见图11B，示出了图10A-10B中的活塞10d。与活塞10C一样，图11B在假想图中示出了改变近端和远端31d、33d的环形区域的示例性方法。在很多方面与图11相同，各腔室144d、142d在每个循环中泵送出的流体数量在一定程度上由近端段和远端段28d、133d及近端和远端31d、33d的环形区域决定。这是因为腔室144d、142d的体积在一定程度上由近端段和远端段28d、133d及近端和远端31d、33d决定。近端段和远端段28d、133d的直径D_C、D_D的增加将减少相应的环形区域。这导致腔室144d、142d输出的流体减少。或者，近端段和远端段28d、133d的直径D_C、D_D的减少将增加环形区域，从而在每个循环中产生更多的流体输出。

应当注意的是：上述调整可以独立用于活塞10c、10d各侧。例如，远端段133c的直径D_A不必与近端段28c的直径D_B相同。

虽然只提出了某些实施例，但对于本领域技术人员而言替换实施例和各种改进将从上述描述变得显而易见。这些或其它替换方式被视为落在本公开文本的精神和范围内。

Claims

1.一种双腔室的混合泵，其包括：

置于泵的壳体内的旋转和往复运动活塞；

壳体包括近端入口、远端入口、近端出口和远端出口，壳体还包括近端密封件和中间密封件；

活塞包括近端段和远端，并且在近端段和远端之间设有泵段，近端段在近端连接泵段，近端段与马达联接，近端段具有第一最大外径，泵段具有比第一最大外径大的第二最大外径；

泵段包括近端处的近端凹陷段和远端处的远端凹陷段，泵段在近端凹陷段和远端凹陷段之间延伸，活塞的泵段以摩擦的方式至少部分接收于壳体的中间密封件中；

壳体和活塞限定两个泵室，其包括：

由泵段的近端凹陷段和近端以及壳体限定的近端腔室；以及

由泵段的远端凹陷段和远端以及壳体限定的远端腔室，

其中，近端腔室和远端腔室在轴向方向上通过中间密封件和活塞的泵段彼此分隔开。

2.如权利要求1所述的泵，其中：

近端凹陷段和远端凹陷段彼此对齐。

3.如权利要求2所述的泵，其中：

近端入口和远端出口被设置成对齐。

4.如权利要求2所述的泵，其中：

近端出口和远端入口被设置成对齐。

5.如权利要求1所述的泵，其中：

近端凹陷段和远端凹陷段被设置成沿活塞的泵段的直径彼此相对。

6.如权利要求1所述的泵，其还包括：

以可操作的方式与马达相连的控制器，该控制器产生多个输出信号，其中包括至少一个用于改变马达速度的信号。

7.如权利要求1所述的泵，其中：

近端段的直径被改变以调节近端的环形区域，改变的环形区域接着改变近端腔室的比例输出。

8.如权利要求1所述的泵，其中：

通道连接于近端出口和通向用于混合两种流体的混合腔室的远端出口之间。

9.一种双腔室的混合泵，其包括：

置于泵的壳体内的旋转和往复运动活塞；

壳体包括近端入口、远端入口、近端出口和远端出口，各对入口和出口均与壳体内部流体连通，壳体还包括近端密封件和中间密封件；

活塞包括近端段和远端，并且在近端段和远端之间设有泵段，近端段在近端连接泵段，近端段联接马达，近端段具有第一最大外径，泵段具有比第一最大外径大的第二最大外径；

泵段还包括近端处的近端凹陷段和远端处的远端凹陷段，泵段在近端凹陷段和远端凹陷段之间延伸；

位于泵段的近端凹陷段和远端凹陷段之间的至少一部分以摩擦的方式至少部分接收于中间密封件中，包括近端凹陷段的泵段的至少一部分以摩擦的方式接收于近端密封件中，活塞的近端段穿过近端密封件；

壳体和活塞限定两个泵室，其包括：

由泵段的近端凹陷段和近端、近端密封件和壳体限定的近端腔室；以及

由泵段的远端凹陷段和远端以及壳体限定的远端腔室，

其中，近端腔室和远端腔室在轴向方向上通过中间密封件和活塞的泵段的位于近端凹陷段和远端凹陷段之间的那部分彼此分隔开。

10.如权利要求9所述的泵，其中：

11.如权利要求9所述的泵，其中：

近端凹陷段和远端凹陷段彼此对齐。

12.如权利要求9所述的泵，其中：

13.如权利要求9所述的泵，其还包括：

14.如权利要求9所述的泵，其中：

近端段和远端段的直径被改变以调节近端和远端的环形区域，改变的环形区域接着改变各相应腔室的比例输出。

15.一种混合流体的方法，该方法包括：

提供如权利要求1所述的泵；

通过旋转并且沿轴向移动活塞以使泵段的近端移向且移入近端腔室并且远端离开远端腔室来将第一流体从近端腔室泵送至近端出口并且将第二流体装入远端腔室；以及

通过旋转并且沿轴向移动活塞以使泵段的远端移向且移入远端腔室并且近端离开近端腔室来将第二流体从远端腔室泵送至远端出口并且将第一流体装入近端腔室。

16.如权利要求15所述的方法，其中：

多个如权利要求1所述的泵在彼此不同的相位下使用。